Un nouveau matériau capable de produire de l’électricité en récupérant l’énergie de son environnement

Des ingénieurs du MIT ont mis au point une toute nouvelle méthode permettant de générer de l’électricité : celle-ci repose sur de minuscules particules de carbone, capables de créer un courant électrique lorsqu’elles interagissent avec le solvant organique qui les entoure.

Le solvant en question attire les électrons du carbone ; le déplacement de ces particules génère un courant, qui pourrait par exemple être utilisé pour alimenter des micro- ou nanorobots, ou bien pour initier des réactions chimiques. Cette technique innovante fait l’objet d’un article dans la revue Nature Communications.

Des nanotubes aux propriétés uniques

Les chercheurs sont notamment parvenus à exploiter le courant généré pour entraîner une réaction connue sous le nom d’oxydation de l'alcool – une réaction chimique organique majeure de l’industrie chimique, qui peut conduire à divers produits (aldéhydes ou cétones) selon la nature de l’alcool.

Cette découverte repose sur les travaux de Michael Strano, professeur de génie chimique au MIT, qui étudie depuis quelques temps les nanotubes de carbone – des tubes creux, de quelques nanomètres de diamètre, composés d’un réseau d’atomes de carbone et dotés de propriétés spécifiques. En 2010, le spécialiste avait notamment mis en évidence le fait que ces nanotubes étaient capables de générer des ondes thermoélectriques : lorsque les tubes sont recouverts d’une couche de combustible produisant de la chaleur en se décomposant, des ondes thermiques rapides se déplacent le long des tubes, entraînant au passage les électrons.

De minuscules particules de carbone peuvent générer un courant électrique en interagissant avec le solvant organique dans lequel elles sont immergées. Les particules sont constituées de nanotubes de carbone broyés (en bleu) recouverts d'un polymère de type téflon (en vert). Crédits: José-Luis Olivares/MIT

Dans le cadre de cette nouvelle étude, l’équipe dirigée par Strano a entrepris de créer un nouveau matériau, composé de nanotubes de carbone broyés, de la forme d’une fine feuille; un seul côté de cette feuille a été recouvert d’un polymère de type téflon. Les chercheurs ont ensuite découpé ce matériau en minuscules particules d’environ 250 microns – disposant ainsi de ce que l’on appelle des particules de Janus, soit des microparticules dotées de deux propriétés physiques distinctes.

Puiser l’énergie directement dans l’environnement

En immergeant ces particules dans un solvant organique (de l’acétonitrile), ils ont observé que le solvant tend à adhérer aux parties non recouvertes de téflon des particules, puis en extrait les électrons. «Le solvant enlève des électrons et le système essaie de s’équilibrer en déplaçant les électrons»,explique Strano dans un communiqué. Le déplacement des électrons génère alors un courant électrique.

En d’autres termes, les chercheurs ont découvert un moyen d’extraire l’énergie électrique «invisible» stockée dans un matériau électronique, pour réaliser une synthèse électrochimique sur place. Pour le moment, l’équipe est capable de générer environ 0,7 volts d’électricité par particule. Ainsi, à partir de réseaux de centaines de particules, la technique peut générer une quantité d’énergie suffisante pour alimenter des réactions chimiques, telles que l’oxydation d’un alcool – qui n’est habituellement pas effectuée parélectrochimie, car nécessite trop de courant.

«Ce que nous aimons dans ce mécanisme, c'est que vous pouvez puiser l'énergie, au moins en partie, dans l'environnement», souligne Strano. L’équipe envisage à présent d’utiliser cette méthode pour générer l’énergie nécessaire à la synthèse de polymères. À plus long terme, cette source d’énergie pourrait servir à alimenter des robots microscopiques !

Le solvant en question attire les électrons du carbone ; le déplacement de ces particules génère un courant, qui pourrait par exemple être utilisé pour alimenter des micro- ou nanorobots, ou bien pour initier des réactions chimiques. Cette technique innovante fait l’objet d’un article dans la revue Nature Communications.

Des nanotubes aux propriétés uniques

Les chercheurs sont notamment parvenus à exploiter le courant généré pour entraîner une réaction connue sous le nom d’oxydation de l'alcool – une réaction chimique organique majeure de l’industrie chimique, qui peut conduire à divers produits (aldéhydes ou cétones) selon la nature de l’alcool.

Cette découverte repose sur les travaux de Michael Strano, professeur de génie chimique au MIT, qui étudie depuis quelques temps les nanotubes de carbone – des tubes creux, de quelques nanomètres de diamètre, composés d’un réseau d’atomes de carbone et dotés de propriétés spécifiques. En 2010, le spécialiste avait notamment mis en évidence le fait que ces nanotubes étaient capables de générer des ondes thermoélectriques : lorsque les tubes sont recouverts d’une couche de combustible produisant de la chaleur en se décomposant, des ondes thermiques rapides se déplacent le long des tubes, entraînant au passage les électrons.

De minuscules particules de carbone peuvent générer un courant électrique en interagissant avec le solvant organique dans lequel elles sont immergées. Les particules sont constituées de nanotubes de carbone broyés (en bleu) recouverts d'un polymère de type téflon (en vert). Crédits: José-Luis Olivares/MIT

Dans le cadre de cette nouvelle étude, l’équipe dirigée par Strano a entrepris de créer un nouveau matériau, composé de nanotubes de carbone broyés, de la forme d’une fine feuille; un seul côté de cette feuille a été recouvert d’un polymère de type téflon. Les chercheurs ont ensuite découpé ce matériau en minuscules particules d’environ 250 microns – disposant ainsi de ce que l’on appelle des particules de Janus, soit des microparticules dotées de deux propriétés physiques distinctes.

Puiser l’énergie directement dans l’environnement

En immergeant ces particules dans un solvant organique (de l’acétonitrile), ils ont observé que le solvant tend à adhérer aux parties non recouvertes de téflon des particules, puis en extrait les électrons. «Le solvant enlève des électrons et le système essaie de s’équilibrer en déplaçant les électrons»,explique Strano dans un communiqué. Le déplacement des électrons génère alors un courant électrique.

En d’autres termes, les chercheurs ont découvert un moyen d’extraire l’énergie électrique «invisible» stockée dans un matériau électronique, pour réaliser une synthèse électrochimique sur place. Pour le moment, l’équipe est capable de générer environ 0,7 volts d’électricité par particule. Ainsi, à partir de réseaux de centaines de particules, la technique peut générer une quantité d’énergie suffisante pour alimenter des réactions chimiques, telles que l’oxydation d’un alcool – qui n’est habituellement pas effectuée parélectrochimie, car nécessite trop de courant.

«Ce que nous aimons dans ce mécanisme, c'est que vous pouvez puiser l'énergie, au moins en partie, dans l'environnement», souligne Strano. L’équipe envisage à présent d’utiliser cette méthode pour générer l’énergie nécessaire à la synthèse de polymères. À plus long terme, cette source d’énergie pourrait servir à alimenter des robots microscopiques !

Le solvant en question attire les électrons du carbone ; le déplacement de ces particules génère un courant, qui pourrait par exemple être utilisé pour alimenter des micro- ou nanorobots, ou bien pour initier des réactions chimiques. Cette technique innovante fait l’objet d’un article dans la revue Nature Communications.

Des nanotubes aux propriétés uniques

Les chercheurs sont notamment parvenus à exploiter le courant généré pour entraîner une réaction connue sous le nom d’oxydation de l'alcool – une réaction chimique organique majeure de l’industrie chimique, qui peut conduire à divers produits (aldéhydes ou cétones) selon la nature de l’alcool.

Cette découverte repose sur les travaux de Michael Strano, professeur de génie chimique au MIT, qui étudie depuis quelques temps les nanotubes de carbone – des tubes creux, de quelques nanomètres de diamètre, composés d’un réseau d’atomes de carbone et dotés de propriétés spécifiques. En 2010, le spécialiste avait notamment mis en évidence le fait que ces nanotubes étaient capables de générer des ondes thermoélectriques : lorsque les tubes sont recouverts d’une couche de combustible produisant de la chaleur en se décomposant, des ondes thermiques rapides se déplacent le long des tubes, entraînant au passage les électrons.

De minuscules particules de carbone peuvent générer un courant électrique en interagissant avec le solvant organique dans lequel elles sont immergées. Les particules sont constituées de nanotubes de carbone broyés (en bleu) recouverts d'un polymère de type téflon (en vert). Crédits: José-Luis Olivares/MIT

Dans le cadre de cette nouvelle étude, l’équipe dirigée par Strano a entrepris de créer un nouveau matériau, composé de nanotubes de carbone broyés, de la forme d’une fine feuille; un seul côté de cette feuille a été recouvert d’un polymère de type téflon. Les chercheurs ont ensuite découpé ce matériau en minuscules particules d’environ 250 microns – disposant ainsi de ce que l’on appelle des particules de Janus, soit des microparticules dotées de deux propriétés physiques distinctes.

Puiser l’énergie directement dans l’environnement

En immergeant ces particules dans un solvant organique (de l’acétonitrile), ils ont observé que le solvant tend à adhérer aux parties non recouvertes de téflon des particules, puis en extrait les électrons. «Le solvant enlève des électrons et le système essaie de s’équilibrer en déplaçant les électrons»,explique Strano dans un communiqué. Le déplacement des électrons génère alors un courant électrique.

En d’autres termes, les chercheurs ont découvert un moyen d’extraire l’énergie électrique «invisible» stockée dans un matériau électronique, pour réaliser une synthèse électrochimique sur place. Pour le moment, l’équipe est capable de générer environ 0,7 volts d’électricité par particule. Ainsi, à partir de réseaux de centaines de particules, la technique peut générer une quantité d’énergie suffisante pour alimenter des réactions chimiques, telles que l’oxydation d’un alcool qui n’est habituellement pas effectuée parélectrochimie, car nécessite trop de courant.

«Ce que nous aimons dans ce mécanisme, c'est que vous pouvez puiser l'énergie, au moins en partie, dans l'environnement», souligne Strano. L’équipe envisage à présent d’utiliser cette méthode pour générer l’énergie nécessaire à la synthèse de polymères. À plus long terme, cette source d’énergie pourrait servir à alimenter des robots microscopiques !